關于反沖運動演示的一些思考

關于反沖運動演示的一些思考

1反沖運動分析在現有的高、中、物理教材中，如圖1所示，反攻擊海軍模型用于顯示反沖運動。作者在多年的教育中發(fā)現了這一模型的不足。1)演示時間過短,不利于學生觀察。從漏斗加滿水直到漏完水,只有短短的3～5s,若要增長演示時間,則需不斷向漏斗加水,而裝置下面的盛水容器又過小,水很快就會溢出,而需要倒掉水重新開始實驗,造成操作不便。2)噴管中噴出的水流被水槽側壁遮住(從學生位置觀察),不利于體現反沖運動的原理:噴管向前噴出水流,圓錐漏斗獲得反方向的反沖運動,體現動量守恒。若水流被遮住,則學生不能直接觀察到反沖運動中的兩個相互作用的物體,難以體現反沖運動的原理。3)看不清漏斗中水位下降(從學生位置觀察),不利于體現本實驗中重力勢能和動能的相互轉化。2提高抗沖運動實驗的質量針對以上的缺陷,筆者用日常的材料設計并制作了如圖2所示的反沖運動演示裝置。1設計方法模仿日常生活中的花木灌溉噴水器。2設計原則利用吊瓶和噴管間的水位差產生水壓,使水從T型噴管中迅速噴出,從而使T型噴管獲得反沖而發(fā)生旋轉運動。3實驗設備廣口吊瓶,橡皮塞,橡皮管,夾子,鐵架臺,玻璃直管(2支),玻璃彎管,T型噴管,水槽,薄銅環(huán)。4t型噴管的準備和下墊管的鋪設a.取一細玻璃彎管插入橡皮塞作為進氣管,再取一較粗的直玻璃也插入橡皮塞作為出水管,彎管比直管插入略深一些,如圖2所示,這樣就可以從出水管中流出勻速的水流。b.出水管下面采用柔軟的橡皮管連接,使噴管部分能自由移動,便于演示。c.T型噴管要做得細長輕巧(可采用細玻璃管拉伸而成),再選一節(jié)比T型噴管的豎管稍細些的直玻璃管,如圖3所示,插入到橡皮管的另一端,玻璃管的外露部分比T型噴管的豎管略短,并在其外緊套一銅環(huán),以備托T型噴管之用。在兩者間涂上一些潤滑油,減小玻璃管之間的摩擦,使噴管能自由的旋轉,而不漏水。d.調節(jié)限流夾,既能使水迅速從噴管中噴出,又要保證不把噴管沖出。e.選取一個底面較大的水槽,以防止水流旋出,實驗時T型噴管應略高于水槽側壁以免被側壁遮住。該演示裝置演示時間長,一瓶水可以演示2～5min。其操作簡便,現象明顯。只要打開限流夾,即可開始實驗;若在吊瓶中滴幾滴紅墨水,噴管中噴出的水流在空中會形成紅色的圓弧線,非常美觀。該裝置完整地體現了反沖運動的原理和重力勢能轉化為動能的原理。3學生能量的轉化除了利用重力勢能轉化為動能產生反沖運動之外,還可以利用熱能轉化為動能產生反沖運動。為了拓展學生的知識面。筆者在反沖運動的教學中又設計制作了如圖4所示的“限壓閥反沖演示裝置”。1設計方法模仿家用高壓鍋限壓閥的運動。2設計原則利用燒瓶內高壓的水蒸汽,從噴管迅速噴出而獲得反沖運動。3實驗設備鐵架臺,圓底燒瓶,酒精燈,石棉網,L型玻璃噴管(2個),金屬細管,橡皮塞(2個),家用高壓鍋限壓閥。4“限壓閥”的使用a.取1個橡皮塞,分別在豎直方向和水平方向各打1個小孔,并使兩小孔相互垂直且相互連通,水平小孔稍細些,豎直小孔稍粗些,把2個L型噴管插入左右小孔中,如圖5所示。b.取出高壓鍋的限壓閥里如圖5所示的銅制零件,把錐形的一端向下插入橡皮塞的豎直小孔內,使錐形部分與L型噴管對齊。這樣就制成1個輕巧的帶噴管的“限壓閥”。c.取一小型圓底燒瓶,塞上已打了小孔的橡皮塞,并插入一根細金屬管(為了減小摩擦),其尺度略小于“限壓閥”的豎直小孔,并使金屬管能夠頂住“限壓閥”中錐形圓柱,使“限壓閥”能夠較光滑地在金屬管上旋轉。如圖5所示。d.在燒瓶內放入約2/5的熱水,在其下墊上石棉網,用酒精燈外焰加熱,在“限壓閥”的封閉下,燒瓶變成一個小的高壓鍋,當瓶內的水沸騰時,高壓蒸汽會把“限壓閥”頂起,使蒸氣從兩邊噴管中迅速噴出,從而使“限壓